Sommaire 

1. Qu’est-ce que la photosynthèse ?
2. La phase claire de la photosynthèse
3. La phase sombre de la photosynthèse
4. Que deviennent les produits de la photosynthèse ?

En terminale, tu verras en détail le processus de la photosynthèse. Voici un cours qui récapitule tout ce que tu dois retenir sur cette notion.

Les végétaux sont les principaux producteurs primaires. Ils sont à la base de la chaîne alimentaire, car ils sont autotrophes. C’est-à-dire qu’ils sont capables de se nourrir et de produire de la matière organique à partir de matière minérale et d'eau. Le processus utilisé est la photosynthèse. Ce processus est un couplage photochimique puisqu'il nécessite un apport d'énergie lumineuse afin de faire fonctionner des réactions chimiques.

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Nous allons voir dans ce cours, ce qu’est la photosynthèse. Nous verrons que nous pouvons étudier deux phases distinctes de la photosynthèse, la phase claire et la phase sombre. Nous verrons ensuite quelles molécules sont produites pendant la photosynthèse et comment elles sont utilisées par la plante. 🌿

1 - Qu'est-ce que la photosynthèse ?

Les couches supérieures des feuilles des plantes, les plus exposées au soleil, possèdent des cellules riches en chloroplastes. Leur présence en grand nombre permet à la feuille de capter l’énergie solaire. 🌞

Chloroplaste : Organite présent dans certaines cellules végétales (les cellules chlorophylliennes). Il est le siège de la photosynthèse.

Chlorophylle : La chlorophylle est composée de différents pigments photosynthétiques. En absorbant les couleurs bleue et rouge, elle donne leur couleur verte aux végétaux.

La photosynthèse permet aux végétaux chlorophylliens d’utiliser de la matière minérale (CO₂ de l’air et H₂O du sol) afin de fabriquer de la matière organique et de libérer de l’O₂. Ces réactions se déroulent au niveau des chloroplastes.

Équation générale de la photosynthèse :

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

Équation simplifiée de la photosynthèse :

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

La photosynthèse se déroule en deux phases : la phase claire ou photochimique en présence de lumière et la phase sombre ou chimique.

2 - La phase claire

La phase claire, aussi appelée la phase photochimique, se déroule en présence de lumière. Durant cette phase, la plante consomme de l'eau et du dioxyde de carbone qui permettront de former des sucres lors de la phase sombre. Ce processus se déroule dans la membrane des thylakoïdes.

Elle nécessite :

• De l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle
• De l'eau (absorbée par les racines et transportée dans le xylème par la sève brute jusqu'aux chloroplastes)
• De l'ADP et du phosphate inorganique (noté Pi) nécessaires à la formation d'ATP
• Un oxydant, ici H⁺

L’excitation des pigments chlorophylliens photosynthétiques contenus dans les thylakoïdes par les photons lumineux permet la photolyse moléculaire de l'eau. L'eau cède des électrons et des protons pour donner du dioxygène, c'est l'oxydation.

2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e^-

Les électrons sont transférés le long de la membrane du thylakoïde. Lors de ce transfert, il y a un échange de protons H⁺ du stroma vers l'intérieur du thylakoïde.

La production des protons H⁺ lors de la photolyse de l'eau permet d'alimenter une pompe à protons qui fabrique en contrepartie de l'énergie chimique sous forme d'ATP. 

L'énergie lumineuse a ainsi été transformée en énergie chimique.

Schéma de la phase photochimique de la photosynthèse

Comme l’illustre ce schéma de la photosynthèse, le bilan de la phase claire est donc le suivant :

2 H₂O + 2 ADP + 2 Pi + 2 H⁺ → O₂ + 4 H⁺ + 2 ATP

Les produits de la phase claire sont l'O₂, le H⁺ et l'ATP. 

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3 - La phase sombre

Lors de la phase sombre de la photosynthèse (aussi appelée phase chimique), qui a lieu dans le stroma du chloroplaste en absence de lumière, les produits de la phase claire sont utilisés pour former des sucres.

Les atomes de carbone et d'oxygène du CO₂ vont donc se retrouver dans les molécules de glucose C₆H₁₂0₆.

On a donc une réduction du dioxyde de carbone en glucose.

6 CO₂ + 24 H⁺ + 24 e^- → C₆H₁₂0₆ + 6 H₂O

La phase sombre a été plus amplement expliquée par Calvin et Benson. Elle se déroule en trois étapes qu'on nomme le cycle de Calvin :

1. La fixation du CO2 et la formation d'APG (phosphoglycérate)

L'APG est un sucre à 3 carbones et 1 phosphate. Il est formé grâce à la fixation du carbone du CO₂ sur un sucre à 5 carbones et 2 phosphates : le RuBP (ribulose1-5biphosphate). Cette réaction se fait grâce à une enzyme : la Rubisco.

3 CO₂ + 3 RuBP (5C) → 6 APG (3C)

1. La production de phosphoglycolate

C'est ici que les produits de la phase claire sont utilisés. Ils permettent de produire un intermédiaire essentiel : le phosphoglycolate.

6 APG (3C) + 6 ATP → 6 Phosphoglycolates (3C) + 6 ADP + 6 Pi

1. La régénération de RuBP

Cette étape est la dernière qui permet de boucler le cycle de Calvin. Une partie du phosphoglycolate produit est utilisée pour reformer le RuBP.

6 Phosphoglycolates (3C) + 3 ATP → 3 RuBP (5C) + 3 ADP + Phosphoglycolate (3C)

Schéma de la phase chimique de la photosynthèse

Le phosphoglycolate est ensuite métabolisé pour former du glucose (C₆H₁₂0₆). Il faudra deux cycles de Calvin pour produire une molécule de glucose.

4 - Que deviennent les produits de la photosynthèse ?

#1 La matière organique est exportée et transformée 

Les molécules organiques, produites par la photosynthèse, sont en partie utilisées par les tissus chlorophylliens et le reste est exporté sous forme de molécules solubles : acides aminés et sucres vers tous les organes de la plante, en particulier vers les organes non chlorophyllien (racines, bourgeons, fruits…) par la sève élaborée. 

Ces sucres et ces acides aminés sont alors transformés et permettent la production d’une grande diversité de composés organiques : cellulose, lignine, anthocyanes, tanin, amidon. Ce sont des métabolites secondaires.

#2 La production d'énergie chimique

La principale utilisation des sucres produits grâce au processus de la photosynthèse concerne le métabolisme. Le métabolisme du glucose permet de produire de l'énergie sous forme d'ATP au niveau de la mitochondrie. Cette énergie chimique permet notamment à la plante de réaliser les réactions nécessaires à la division cellulaire et donc à sa croissance.

#3 Des matières organiques assurent la croissance et le port de la plante

Le glucose produit par la plante lors de la photosynthèse est également transformé en cellulose, un autre des polymères de glucose que l'on retrouve dans la paroi des cellules.

La paroi d'une cellule végétale est la partie externe de la cellule. Elle est rigide et permet le maintien de la cellule et de la plante.

La cellulose est donc essentielle dans la structuration de la plante au niveau cellulaire.

Il existe d'autres molécules, issues du métabolisme du glucose, qui permettent la structuration de la plante au niveau de l'organisme entier, comme la lignine, par exemple. Il s'agit d'un des composants principaux du bois, que l'on retrouve également dans la paroi des cellules. C'est son association avec la cellulose qui confère au bois sa très forte rigidité. La lignine est également présente dans les tissus conducteurs de la plante et assure la rigidité de ses tissus.

#4 De la matière organique est stockée

En hiver ou lors de longues périodes de sécheresse, certaines plantes perdent leurs feuilles, d’autres perdent leurs parties aériennes, d’autres meurent. Des organes stockent de la matière organique en attendant le retour de conditions plus favorables au développement et à la photosynthèse.

Chez l'être humain, le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie. Chez la plante, on retrouve une molécule similaire au glycogène qui permet de stocker le glucose, c’est l'amidon.

Cet amidon est d’abord stocké au niveau de la feuille dans les chloroplastes. Par la suite, il peut être transporté dans d'autres organes de la plante par la sève élaborée qui circule dans le phloème.

Chez certaines espèces végétales, il existe des organes de stockage spécialisés. Ces organes se modifient lors de la phase de tubérisation (mise en réserve). 

Par exemple, la pomme de terre et la patate douce stockent le glucose sous forme d’amidon dans le tubercule. 🥔

Le melon, quant à lui, ne stocke pas le glucose sous forme d’amidon. C’est la molécule de saccharose qui permet de stocker le glucose. Son organe de stockage est le fruit. 🍈 

La carotte utilise des molécules de saccharose ou des lipides pour stocker le glucose dans le tubercule. 🥕

Tubercule : Organe de réserve souterrain. C’est une tige qui résulte soit de la tubérisation d'entre-nœuds, soit de la tubérisation de l’extrémité d’une tige. 

Bulbe : Issu de la tubérisation des feuilles ou des bourgeons. Les bulbes sont des tubercules particuliers.

Les plantes herbacées pérennes possèdent donc des organes souterrains capables d’accumuler des réserves à l’abri comme les bulbes, les tubercules, les rhizomes. Les réserves sont le plus souvent glucidiques (amidon, saccharose).

Chez les plantes annuelles, la pérennité est assurée par les graines qui contiennent des matières organiques qui nourriront l’embryon puis la jeune plantule lors de la germination. La nature de ses réserves peut être glucidique (blé, riz), lipidique (noix, amande), ou protéique (pois, lentille).

#5 La défense contre la prédation

Enfin, les plantes étant fixées et donc sensibles à la pression de prédation des herbivores, elles ont développé des mécanismes de défense. 

Elles produisent des molécules toxiques qui peuvent rendre malade ou même tuer les prédateurs (par exemple l'acacia et les mammifères qui le broutent). Ces molécules sont stockées dans la vacuole pour ne pas nuire au fonctionnement normal de la cellule végétale. 

Voilà pour ce cours sur la photosynthèse, tu peux retrouver le cours sur la plante productrice de matière organique sur la chaîne de Bio Logique.

J’espère que cet article t’aura aidé à comprendre tes cours sur la photosynthèse ! 👩🏻‍🏫 

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